Une maquette pédagogique pour expliquer.
  Introduction
  L'étude des moteurs électriques revêt une importance particulière dans l'enseignement agricole. Dans le cadre de recherches en didactique1 nous nous intéressons à l'appropriation des notions de physique correspondantes par les élèves de baccalauréat professionnel et technologique.
  L'enseignement des moteurs triphasés peut, s'il est destiné à former des utilisateurs, se limiter à l'étude des caractéristiques de ces moteurs, aux différents modes de branchement, au décodage des plaques signalétiques. Les manipulations en travaux pratiques conduisent habituellement au tracé et à l'exploitation de différentes courbes telles que l'évolution du couple moteur en fonction de la vitesse, les variations de courant absorbés.
  Si on désire expliquer à des élèves pourquoi le moteur tourne, l'étude des champs tournants devient incontournable.
  Les premières études que nous avons menées font apparaître des difficultés liées à l'enseignement des moteurs triphasés et à celui du champ tournant. Après avoir interrogé des élèves et des enseignants, étudié des manuels scolaires nous avons tenté de rechercher l'origine de ces difficultés et nous proposons une maquette d'étude qui pourrait nous permettre de confirmer ou d'infirmer certaines de nos hypothèses et peut-être, à terme de proposer une tentative de remédiation.
  Quelques aspects des difficultés liées à cet enseignement
  Une première étude nous a permis d'identifier les difficultés des enseignants pour enseigner cette notion.
  Parmi les résultats, nous avons dégagé les choix pédagogiques majoritairement privilégiés par les enseignants. L'enseignement expérimental est ainsi apparu comme une nécessité mais les matériels et dispositifs pédagogiques semblent peu nombreux et inadaptÈs3-5 (pas de matériel fonctionnant à très basse fréquence).
  De plus, l'examen des ouvrages destinés aux élèves révèle certaines régularités qui trouvent leur expression dans des schémas ou graphismes prototypiques tels que les dessins de trois bobines disposées à 1208 avec une aiguille aimantée au centre ou la représentation de trois tensions sinusoïdales déphasées de 1208.
  Une photographie ou un dessin schématique de moteur illustrent habituellement le sujet. Mais dans ces photographies, dessins ou schémas on ne retrouve plus les trois bobines traditionnelles. Elles n'ont pas la même forme que celles des schémas prototypiques, elles ne sont pas disposées de la même façon et de plus, elles ne sont pas au nombre de trois.
  Sous le tracé des sinusoïdales on trouve souvent dans les ouvrages des graphismes montrant dans quelle direction se trouve le champ résultant produit par les trois bobines à des dates différentes au cours d'un cycle.
  Un autre graphisme accompagne généralement les précédents, c'est le dessin de trois vecteurs de même origine déphasés de 1208 et d'un vecteur résultant.
  Le discours d'un enseignant qui tente de montrer à ses élèves comment le vecteur champ tournant effectue un tour sur une période peut s'appuyer sur des dessins ou schémas tels que ceux que nous venons de citer. Il peuvent être reproduits sur transparents ou se trouver dans une animation pouvant prendre diverses formes (" feutrines EDF ", films, diapositives Power Point).
  Dans tous les cas l'explication se fait pas à pas avec une détermination à chaque pas de l'orientation du vecteur représentant le champ résultant en fonction des valeurs instantanées des trois tensions. Pour faire effectuer dans ce discours un tour au vecteur champ tournant le temps nécessaire peut atteindre de dix à vingt minutes. Pour illustrer ce propos un moteur est mis en route. Si ce moteur réel est en conformité avec le schéma qui a servi de support à l'étude, il tourne à 3000 tours par minute.
  Pour faire effectuer un tour au champ tournant dans l'exposé théorique, il a fallu plus de dix minutes et le moteur effectue un tour en 1/50 s. Passant de la théorie à la pratique, le phénomène change d'échelle et ce temps très court interdit toute observation, interdisant de ce fait toute liaison entre les explications données et le phénomène observé.
  Il apparaît donc que, l'observation d'un moteur qui tourne à 3000 tours par minute ne conforte en rien les explications données par l'enseignant, le phénomène est trop rapide.
  De plus, nous avons vu que l'observation d'un moteur démonté ne renforce en rien les informations apportées par les schémas prototypiques mais au contraire ne peut que jeter un trouble supplémentaire dans l'esprit des élèves.
  Notre hypothèse traduit le fait que le facteur temps est un obstacle majeur à la mise en relation entre d'une part, le discours théorique qui veut expliquer et d'autre part l'observation d'un moteur sous tension qui n'explique rien.
  La maquette que nous proposons tente de s'affranchir de cette difficulté dans la mesure où elle permet de produire un champ tournant à une fréquence réglable qui part de zéro. Elle permet aussi de " figer le temps " à tout instant, en tout point du cycle pour laisser à l'enseignant le temps d'expliquer. L'orientation du champ en temps réel est matérialisée par la position d'un aimant tournant. Le fonctionnement est possible en mode pas à pas et en mode continu à fréquence réglable de 0 à 50Hz.
  Nous avons alors élaboré un dispositif pédagogique nouveau avec un double objectif.
  Ce dispositif constitue un support pour tester nos hypothèses de recherche.
  Il s'agit de vérifier le rôle du temps dans les obstacles à l'apprentissage. Il y a un écart très important entre le temps nécessaire à l'explication du phénomène sur un cycle et le temps correspondant du fonctionnement réel qui, étant trop court, rend les phénomènes inobservables.
  L'utilisation de cette maquette pédagogique devrait faciliter la compréhension des phénomènes.
  D'une part, ce dispositif fonctionne en très basse tension (12V), pour des raisons de sécurité, et d'autre part, il permet de générer de façon entièrement autonome un système de courants triphasés dont la fréquence peut évoluer de zéro à 50 hertz, avec un arrêt possible à n'importe quelle position du cycle.
  Compte tenu du caractère récent de cette recherche, les résultats obtenus ne portent que sur des entretiens avec une dizaine d'enseignants d'une part et d'autre part, sur les commentaires recueillis lors de la présentation et la mise en œuvre d'une première maquette " triphasé " au congrès des professeurs de physique du ministère de l'Agriculture (Carcassonne, août 99).
  Ces premiers résultats, bien que peu nombreux, tendent à confirmer nos hypothèses de départ et nous encouragent à étudier les effets de l'utilisation de la maquette sur les conditions d'apprentissage des champs tournants et des moteurs triphasés en particulier.